开关电源中开关管及二极管 EMI抑制方法分析
开关电源EMI滤波器原理与设计
提高设备性能
EMI滤波器可以减少电磁干扰对周围 设备的影响，提高整个系统的性能和 稳定性。
EMI滤波器的分类与特点
分类
EMI滤波器根据不同的应用场景 和需求，可分为有源滤波器和无
源滤波器。
有源滤波器特点
有源滤波器通过放大电路和比较电 路实时检测干扰信号并消除，具有 较高的滤波效果，但成本较高。
无源滤波器特点
评估
通过对EMI滤波器性能的测试数据进行统计和分析，可以评 估其性能是否满足设计要求和标准。
优化建议
根据评估结果，可以提出针对性的优化建议，如改进滤波器 电路设计、选用更高性能的器件等。同时，也可以根据实际 应用场景和需求，对EMI滤波器进行定制化设计和生产。
05
EMI滤波器在开关电源中的应 用案例
01
02
03
插入损耗
滤波器对信号的衰减程度 ，通常用分贝（dB）表示 。
阻抗
滤波器对不同频率信号的 阻抗，通常用欧姆（Ω） 表示。
带宽
滤波器对信号的频率范围 ，通常用赫兹（Hz）表示 。
EMI滤波器的工作原理及作用机理
工作原理
EMI滤波器通过在电路中引入阻抗和感抗，对高频干扰信号进行抑制，从而减 小电磁干扰对电源的影响。
电设备的安全和稳定。
以上案例表明，EMI滤波器在开 关电源中具有广泛的应用，对于 提高电源性能、确保设备安全稳
定运行具有重要作用。
06
未来发展趋势与挑战
新型EMI滤波器技术的研究与发展
新型EMI滤波器技术
随着电子设备对性能和效率的要求不断提高，新型EMI滤波器技术的研究与发展成为重要趋势。这包 括研究新的滤波器结构、材料和设计方法，以提高EMI滤波器的性能和效率。
开关电源EMI整改方案
开关电源的EMI处理方法一、开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法。
1MHZ以内，以差模干扰为主。
①增大X电容量；②添加差模电感；③小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
1MHZ-5MHZ，差模共模混合，采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，①对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量；②对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制；③也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管1N4007。
5M以上，以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。
对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕 2-3 圈会对 10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
20-30MHZ，①对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置；②调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值；③在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。
④改变PCB LAYOUT；⑤输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；⑥在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数；⑦在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；⑧在变压器的输入电压脚加一个小电容。
⑨可以用增大MOS驱动电阻.30-50MHZ，普遍是MOS管高速开通关断引起。
①可以用增大MOS驱动电阻；②RCD缓冲电路采用1N4007 慢管；③VCC供电电压用1N4007 慢管来解决；④或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；⑤在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路；⑥在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；⑦在变压器的输入电压脚加一个小电容；⑧PCB心LAYOUT 时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小；⑨变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。
浅析开关电源的电磁干扰及抑制方法
杜 卫军
科技论 坛 Ｉ Ｉｌ
张 霆
浅析 开关 电源 的电磁 干扰及抑制 方法
（ 陕西长岭电子科技有限责任公 司， 陕西 宝鸡 ７ １０ ） ２ ０６
摘 要： 先分析 了开关电源产生电磁干扰的机理， 目前几种有 效的开关电源电磁干扰措施进行 了分析 比较， 为开关 电源电磁 干扰 的进 一步 就 并 研究提 出参考建议。 关键词： 开关电源； 电磁干 扰； 抑制 ； 耦合
—
—６一Leabharlann 引言 数的提取和近场干扰估计的难度。 频共存的电路系统中， 应分别将低频电路、 高频电 随着科学技术的高速发展 ， 电子系统的应用 ３Ｅ 测试技术 ＭＩ 路、 功率电路的地线单 独连接后， 再连接到公共参 领域越来越广泛， 子设备的种类也越来越多 ， 电 电 目前诊断差模共模干扰的三种方法： 射频电 考 上。 子设备与人们的工作、 生活的关系 日 益密切， 它们 流探头、 差模抑制网络、 噪声分离网络。用射频电 滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例 对开关电源的要求越来越高。电子设备的 小型化 流探头是测量差模共模干扰最简单的方法 ， 但测 如， 在电源输入端接上滤波器 ． 可以抑制开关电源 和低成本化， 促使开关电源朝着轻 、 小和高效 量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差 产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来 自电网 薄、 率的方向发展。但随着开关电源工作频率的不断 模抑制网络结构简单 ， 测量结果可直接与标准限 的噪声对电源本身的侵害。 在滤波电路中， 还采用 提高，印制电路板的走线和元件的布局不当等原 值 比较 ， 但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最 很多专用的滤波元件 。如穿心电容器 、三端电容 因， 它会产生各种干扰。 这些干扰将会严重地污染 理想的方法 ， 但其关键部件变压器的制造要求很 器、 铁氧体磁环， 它们能够改善电路的滤波特性。 电网， 影响邻近电子设备的正常工作。 尽量降低开 高。 恰 当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用 关电源的电磁干扰 ， 提高其使用范围 ， 是从事开关 ４目 前抑制干扰的『 １ 种方法 滤波器 是抗干扰技术的重要组成部分。 电源设计与应用时必须考虑的问题。 ５目 前开关电源 Ｅ Ｉ Ｍ 抑制措施的不足之处 形成电磁干扰的三要素是干扰源、 传播途径 目 许多科研院所都进行了开关电源 Ｅ Ｉ 和受扰设备。 前。 Ｍ 因而 抑制电 磁干扰也应该 从 这三方 现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设 （ ｅｔ ｍ ｇｅ ｃ ｎ ｒ ｒ ｃ 的研究 ， Ｅ ｃ ｏ ａｎｔ ｔ ｅ ｎｅ ｌ ｒ ｉ Ｉｅ ｅ ） ｆ 他们中有些 面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原 备之间的耦合和辐射 ， 切断电磁干扰的传播途径 从Ｅ Ｉ Ｍ 产生的机理出发 ， 有些从 Ｅ Ｉ Ｍ 产生的影响 因； 其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和 出发 ， 这的确是抑制干扰的一种行之有效的办法 ， 消除干扰 ， 或提高 出发 ， 都提出了许多有实用有价值的方案 ， 这里我 辐射， 切断电磁干扰的传播途径； 第三是提高受扰 但很少有涉及直接控制干扰源， 分析比较了几种有效的方案，并为开关电源 Ｅ Ｉ 设备的抗干扰能力， Ｍ 减低其对噪声的敏感度。 前 受扰设备的抗扰能力 ， 目 其实后者还有许多发展的 抑制干扰 的几种措施基本 匕 都是用切断电磁干扰 空间 。 ｌ 开关电源电磁干扰的产生机理 ６改进措施的建议 源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有 开关电源产生的干扰。 按噪声干扰源种类来 效的办法。常用的方法是屏 、 蔽 接地和滤波。 目前从电磁干扰的传播途径 出发来抑制干 分， 可分为尖峰干扰和谐波干扰两种； 若按耦合通 采用屏蔽技术可以有效地抑制开关 电源的电 扰 ， 渐进成熟。 已 我们的视 回到开关电源器件 要 路来分， 可分为传导干扰和辐射干扰两种。 现在按 磁辐射干扰。 例如， 功率开关管和输出二极管通常 本身来 ， 从多年的工作实践来看， 在电路方面要注 噪声干扰源来分别说明：二极管的反向 恢复时间 有较大的功率损耗 ， 为了散热往往需要安装散热 意以下 几 ： 引起的干扰 。高频整流回路中的整流二极管正向 器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导 印制板布局时，要将模拟电路区和数字电路 导通时有较大的正向电流流过， 在其受反偏电压 热 陛 能好的绝缘片进行绝缘 ， 这就使器件与底板 区合理地分开， 电源和地线单独引出 ， 电源供给处 而转向截止时 ， 由于 Ｐ Ｎ结中有较多的载流子积 和散热器之间产生了分布电容， 开关电源 的底板 汇集到一点； Ｐ Ｃ Ｂ布线时，高频数字信号线要 累， 因而在载流子消失之前的一段时间里， 电流会 是交流电源的地线 ，因而通过器件与底板之间的 用短线 ， 主要信号线最好集中在 Ｐ ｃ Ｂ板中心 ， 反 向流动， 致使载流子消失的反向恢复电流急遽 分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模 同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线 减少而发生很大的电流变化（ｉ Ｏ ｄｄ 。 ／ 可以根据耦合系数来布线 ， 尽量减少 干扰 ， 解决这个问题 的办法是采用两层绝缘片之 隔开。其次 ， 开关管工作时产生的 谐波干扰。 功率开关管 间夹一层屏蔽片， 并把屏蔽片接到直流地上， 割断 干扰耦合。 在导通时流过较大的脉冲电流。 例如芷 激型、 推挽 了 射频干扰向输入电网 传播的途径。为了抑制开 印制板的电源线 和地线印制条尽可能宽 ， 以 型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近 关电源产生的辐射 ，电磁干扰对其他电子设备的 减小线阻抗 ， 从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。 似为矩形波， 其中含有丰富的高次谐波分量。当采 影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽 器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引 用零电流 、零电压开关时， 这种谐波干扰将会很 罩， 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为 脚度， 以减小元件分布电感的影响。 在电源端尽可 小。另外。 功率开关管在截止期间， 高频变压器绕 体 ， 就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部 能靠近器件接人滤波电容，以缩短开关电流的流 组漏感引起的电流突变， 也会产生尖峰干扰。 分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。 例如 ， 静 通途径， 如用 ｌ Ｆ铝电解和 ｎ１ Ｆ 电容并联 ０ 交流输入回路产生的干扰。无工频变压器的 电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰 ；电磁屏 接 在电源脚 上 。 于高速 数字 Ｉ 对 ｃ的电源端 可 以用 开关电源输 ＾ 端整流管在反向恢复期间会引起高 蔽用的导体厉 上可以不接地 ，但不接地的屏蔽 钽电解电容代替铝电解电容，因为钽电解的对地 狈４ 频衰减振荡产生干扰。 导体时常增强静电耦合而产生所谓“ 负静电屏蔽” 阻抗 比铝电解小得多。 开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量， 效应 ， 所以仍以接地为好 ， 这样使电磁屏蔽能同时 ７结论 通过开关 电源的 输入输 出 线传播出去而形成的干 发挥静电屏蔽的作用 。电路的公共参考点与大地 产生开关电源电磁干扰的因素还很多 ， 抑制 扰称之为传导干扰； 而渚波和寄生振荡的能量。 通 相连 ， 可为信号回路提供稳定的参考 电位。因此 ， 电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的 过输入输出线传播时， 都会在空问产生电场和磁 系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考 各种噪声会使开关电源得到更广泛的应用。 场。 这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。 地线各 自形成接地母线后 ， 最终都与大地相连。 参考 文献 ２联 电源 Ｅ 的托 ＭＩ 在电路系统设计中应遵循 “ —点接地”的原 ｆ 元玲． １ １曾 浅谈开关电源电磁干扰的押制措施 作为工作于开关状态的能量转换装置。 开关 则 ， 如果形成多点接地 ， 会出现闭合 的接地环路 ， 科技创新导报， ２ ］ 电源的电压、电流变化率很高， 产生的干扰强度 当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声， 实际 ［刘志雄 浅议开关电源的干扰源 湖南农机 ， １ 较大； 干扰源主要集中在功率开关期间以 及与之 上很难实现“ 一点接地” 。因此 ， 为降低接地阻抗 ， ｆ周邦雄 实用电源技术手册。 ３ 相连的散热器和高频变压器 。 相对于数字电路干 消除分布 电容的影响而采取平面式或多点接地 ， 扰源的位置较为清楚； 开关频率不高（ 从几十千赫 利用—个导电平面 （ 底板或多层印制板电路的导 和数兆赫兹） ，主要的干扰形式为传导干扰和近场 电平面层等） 作为参考地， 需要接地的各部分就近 干扰 ； 而印刷线路板（ 走线通常采用手工 接到该参考地上。 Ｐｃ Ｂ） 为进一步减小接地回路的压降， 布线 ， 具有更大的随意性， 这增加了 Ｐｃ Ｂ分布参 可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高
开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结
摘要：开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大，因此，各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。
对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述，着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法，并对其原理、应用做了简单介绍。
1 引言随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。
开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（ ElectromagneticInterference ， EMI ）。
EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（ ElectromagneticCompatibility ）性。
随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。
本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。
2 电磁干扰的产生和传播方式开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。
通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。
下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。
2.1传导干扰的产生和传播传导干扰可分为共模（ CommonMode CM ）干扰和差模（ DifferentialMode DM ）干扰。
由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。
2.1.1 共模（ CM ）干扰变换器工作在高频情况时，由于 dv/dt 很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。
开关电源电磁干扰与抑制方法分析
的 分 布 电 容 以 及 开 关 电 源 与 散 热 器 之 间 的 分 布
在 开 关 电 源 中 ， 流 电 经 过 整 流 后 ， 到 一 交 得 个 单 向 脉 动 电 流 ， 了 有 直 流 分 量 外 ， 有 一 部 除 还
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ５ １２ ．
２ ０ ０１
・
高职 高 专教 学 ・
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开 关 电源 电磁 干 扰 与 抑 制 方 法 分 析
俞 梁 英
（ 州经 贸职 业 技 术学 院 ， 苏 苏 州 ２ ５ ０ ） 苏 江 １ ０ ８
摘 要 ： 文通 过 分 析 开 关 电 源产 生 电磁 干 扰 信 号 的 原 因 ， 调 了 电磁 兼 容 性 对 开 关 电 源设 本 强 计 的 重要 性 ， 并给 出 了几 种 抑制 干 扰 信 号 的措 施 。 关 键 词 ： 关 电源 ； 开 电磁 干扰 ； 制措 施 抑
的抗干扰 能力 ， 是开 关 电源 设计 重要 考 虑 的一 个
问题 。 ２ 开 关 电 源 产 生 电磁 干 扰 的 主 要 原 因
２ １ 整 流 电路 产 生 的 电磁 干 扰 ．
２ ３ 分 布及寄 生参数 引起 的开关 电源噪 声 干扰 ．
开关 电 源的 分 布 参 数 是 多 数 干 扰 的 内在 因 素， 开关 电源 和散 热器 之 问 的分 布 电容 、 压器 变 初 次级 之 间 的 分 布 电 容 、 副 边 的 漏 感 都 是 噪 原
收 稿 日期 ：２ １ －０ — １． ００ ９ ０
作 者简 介 ：俞 梁 英 （ ９ ８ ， ， 苏 苏州 人 ， 师 ， 究 方 向 ： 用 电子 技 术 １ ７ 一） 女 江 讲 研 应
抑制开关电源电磁干扰的措施
抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。
采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
开关电源EMI整改经验总结
开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法：一、1MHZ以内----以差模干扰为主（整改建议）1. 增大X电容量；2. 添加差模电感；3. 小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
二、1MHZ---5MHZ---差模共模混合采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，（整改建议）1. 对于差模干扰超标可调整X电容量，添加差模电感器，调差模电感量；2. 对于共模干扰超标可添加共模电感，选用合理的电感量来抑制；3. 也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4007。
三、5M---以上以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。
（整改建议）对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用；可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔，铜箔闭环。
处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
四、对于20--30MHZ，（整改建议）1. 对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置；2. 调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值；3. 在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。
4. 改变PCB LAYOUT；5. 输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；6. 在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数；7. 在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；8. 在变压器的输入电压脚加一个小电容。
9. 可以用增大MOS驱动电阻。
五、30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起（整改建议）1. 可以用增大MOS驱动电阻；2. RCD缓冲电路采用1N4007慢管；3. VCC供电电压用1N4007慢管来解决；4. 或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；5. 在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路；6. 在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；7. 在变压器的输入电压脚加一个小电容；8. PCB心LAYOUT时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小；9. 变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。
开关电源的EMI设计
图1：脉冲信号开关电源的EMI 设计摘要：本文从电路原理上分析了开关电源EMI 信号的特点及频率范围，并针对其传导发射和辐射发射提出一些抑制措施。
术语：开关电源，电磁干扰（EMI ），脉冲宽度调制（PWM ）一. 前言由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源有显著减少，而且对整机多项指标有良好影响，因此得到了广泛的应用。
近年来许多领域，如邮电通信、军用设备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源，取得了显著效益。
现在开关电源一般都采用了脉冲宽度调制（PWM ）技术，其特点是：频率高、效益高、功率密度高、可靠性高。
然而，由于开关电源工作在通断状态，会有很多快速瞬变过程，它本身就是一种EMI 源，它产生的EMI 信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。
若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI 信号会变得更加强烈和复杂。
以下便从开关电源的工作原理出发，探讨其传导干扰抑制的EMI 滤波器的设计以及辐射发射的抑制。
本文主要参考的实例是微机的开关电源，其输出功率较小，对于大电流大功率的通讯设备电源，本文也有一定的参考价值，但具体实施时一定要考虑到通讯设备电源大电流大功率的特点，在元件的选择上要注意其额定电流及高频特性。
二. 开关电源产生EMI 信号的特点数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示。
为便于分析，把这种脉冲信号适当简化，可以图1所示的等腰梯形脉冲串表示。
根据傅里叶级数展开的方法，可以下式计算出脉冲串信号所有各谐波的电平：n=1、2、3…A n 脉冲中第n 次谐波的电平V 0 脉冲的电平T 脉冲串的周期T w 脉冲宽度T r 脉冲的上升时间和下降时间开关电源具有各式各样的电路形式，但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源，这一点是共同的，为便于分析，也可把该脉冲信号源的波形简化为图1中的等腰梯形脉冲串，并用上式来算出它的各次谐波电平。
假定某PWM 开关电源脉冲信号的主要参数为： V 0＝500V ，T ＝2×10－5S ，T w ＝10－5S ，T r ＝0.4×10－T T n TT n Sin T T n T T n Sin T T V A ww r r w n ππππ∙∙=026S，则其谐波电平如下图：电平（dBuV）16012080400.05 0.5 5 50 500 频率（MHz）图2：开关电源的谐波电平从EMI的观点来分析，图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平，对于其它电子设备来说即是EMI信号。
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开关电源中开关管及二极管EMI抑制方法分析摘要：随着电子技术的不断进步,开关电源向高频化、高效化方向迅猛发展，EMI抑制已成为开关电源设计的重要指标。
本文结合开关电源中开关管及二极管EMI产生机理，列举出：并接吸收电路、串接可饱和磁芯线圈、传统准谐振技术、LLC串联谐振技术四种抑制EMI的方法，并对其抑制效果进行比较分析。
叙词：EMI RC、RCD电路磁芯线圈准谐振LLC谐振Abstract：With the progress of electronic technology , the switch power supply turns to high frequency and high efficiency development,so restraint of EMI has become the important index in the design of the switch power supply.Base on the principle of EMI which is generated by switch and diode, this paper offers four kinds of methods which can restrain it.The first, parallel connection absorbing circuitthe second, in series with saturated magnetic loopsthe third, tradition resonance technologythe forth, LLC resonance technology. Keyword：EMI RCRCD Circuit Saturated magnetic loops Tradition resonance technology LLC Resonance technology1 引言电磁干扰( EMI) 就是电磁兼容不足,是破坏性电磁能从一个电子设备通过传导或辐射到另一个电子设备的过程。
近年来，开关电源以其频率高、效率高、体积小、输出稳定等优点而迅速发展起来。
开关电源已逐步取代了线性稳压电源，广泛应用于计算机、通信、自控系统、家用电器等领域。
但是由于开关电源工作在高频状态及其高di/dt和高dv/dt，使开关电源存在非常突出的缺点——容易产生比较强的电磁干扰(EMI)信号。
EMI信号不但具有很宽的频率范围，还具有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。
所以，如何降低甚至消除开关电源中的EMI问题已经成为开关电源设计师们非常关注的问题。
本文着重介绍开关电源中开关管及二极管EMI的四种抑制方法。
2 开关管及二极管EMI产生机理开关管工作在硬开关条件下开关电源自身产生电磁干扰的根本原因，就是在其工作过程中的开关管的高速开关及整流二极管的反向恢复产生高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。
开关管工作在硬开关时还会产生高di/dt和高dv/dt，从而产生大的电磁干扰。
图1绘出了接感性负载时，开关管工作在硬开关条件下的开关管的开关轨迹，图中虚线为双极性晶体管的安全工作区，如果不改善开关管的开关条件，其开关轨迹很可能会超出安全工作区，导致开关管的损坏。
由于开关管的高速开关，使得开关电源中的高频变压器或储能电感等感性负载在开关管导通的瞬间，迫使变压器的初级出现很大的浪涌电流，将造成尖峰电压。
开关管在截止期间，高频变压器绕组的漏感引起的电流突变，从而产生反电势E=-Ldi/dt，其值与电流变化率(di/dt)成正比，与漏感量成正比，叠加在关断电压上形成关断电压尖峰，从而形成电磁干扰。
此外，开关管上的反向并联二极管的反向恢复特性不好，或者电压尖峰吸收电路的参数选择不当也会造成电磁干扰。
由整流二极管的反向恢复引起的干扰源有两个，它们分别是输入整流二极管和输出整流二极管。
它们都是由电流的换向引起的干扰。
由图2表明，t0=0时二极管导通，二极管的电流迅速增大，但是其管压降不是立即下降，而会出现一个快速的上冲。
其原因是在开通过程中，二极管PN 结的长基区注入足够的少数载流子，发生电导调制需要一定的时间tr。
该电压上冲会导致一个宽带的电磁噪声。
而在关断时，存在于PN结长基区的大量过剩少数载流子需要一定时间恢复到平衡状态从而导致很大的反向恢复电流。
当t=t1时，PN结开始反向恢复，在t1-t2时间内，其他过剩载流子依靠复合中心复合，回到平衡状态。
这时管压降又出现一个负尖刺。
通常t2《t1，所以该尖峰是一个非常窄的尖脉冲，产生的电磁噪声比开通时还要强。
因此，整流二极管的反向恢复干扰也是开关电源中的一个重要干扰源。
3EMI抑制方法di/dt和dv/dt是开关电源自身产生电磁干扰的关键因素，减小其中的任何一个都可以减小开关电源中的电磁干扰。
由上述可知，di/dt和dv/dt主要是由开关管的快速开关及二极管的反向恢复造成的。
所以，如果要抑制开关电源中的EMI就必须解决开关管的快速开关及二极管的反向恢复所带来的问题。
3.1 并接吸收装置采取吸收装置是抑制电磁干扰的好办法。
吸收电路的基本原理就是开关在断开时为开关提供旁路，吸收蓄积在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰发生。
常用的吸收电路有RC、RCD。
此类吸收电路的优点就是结构简单、价格便宜、便于实施，所以是常用的抑制电磁干扰的方法。
（1）并接RC电路在开关管T两端加RC吸收电路,如图3所示。
在二次整流回路中的整流二极管D两端加RC吸收电路,如图5所示,抑制浪涌电流。
（2）并接RCD电路在开关管T 两端加RCD吸收电路,如图4所示。
3.2 串接可饱和磁芯线圈二次整流回路中,与整流二极管D串接可饱和磁芯的线圈,如图5所示。
可饱和磁芯线圈在通过正常电流时磁芯饱和,电感量很小,不会影响电路正常上作。
一旦电流要反向时,磁芯线圈将产生很大的反电动势,阻止反向电流的上升。
因此，将它与二极管D串联就能有效地抑制二极管D的反向浪涌电流。
3.3 传统准谐振技术一般来说，可以采用软开关技术来解决开关管的问题，如图6所示。
图6给出了开关管工作在软开关条件下的开关轨迹。
软开关技术主要减小开关管上的开关损耗，也可以抑制开关管上的电磁干扰。
在所有的软开关技术中，准谐振抑制开关管上电磁干扰的效果比较好，所以本文以准谐振技术为例，介绍软开关技术抑制EMI。
所谓准谐振就是开关管在电压谷底开通，见图7。
开关中寄生电感与电容作为谐振元件的一部分，可完全控制开关导通时电流浪涌与断开时电压浪涌的发生。
采用这种方式不仅能把开关损耗减到很小，而且能降低噪声。
谷底开关要求关断时间中储存在中的能量必须在开关开通时释放掉。
它的平均损耗为：由此公式可以看出，减小会导致大大降低，从而减小开关上的应力，提高效率，减小dv/dt，即减小EMI。
3.4 LLC串联谐振技术图8为LLC串联谐振的拓扑结构。
从图中可以看出，两个主开关Ql和Q2构成一个半桥结构，其驱动信号是固定50％占空比的互补信号，电感Ls、电容Cs和变压器的励磁电感Lm构成一个LLC谐振网络。
在LLC串联谐振变换器中，由于励磁电感Lm串联在谐振回路中，开关频率可以低于LC的本征谐振频率fs，而只需高于LLC的本征谐振频率fm 便可实现主开关的零电压开通。
所以，LLC串联谐振可以降低主开关管上的EMI，把电磁辐射干扰(EMI)减至最少。
在LLC谐振拓扑中，只要谐振电流还没有下降到零，频率对输出电压的调节趋势就没有变，即随着频率的下降输出电压将继续上升，同时由于谐振电流的存在，半桥上下两个主开关的零电压开通条件就得以保证。
因此，LLC谐振变换器的工作频率有一个下限，即Cs与Ls和Lm的串联谐振频率fm。
在工作频率范围fm<f<fs内，原边的主开关均工作在零电压开通的条件下，并且不依赖于负载电流的大小。
同时，副边的整流二极管工作在断续或临界断续状态下，整流二极管可以零电流条件下关断，其反向恢复的问题得以解决，不再有电压尖峰产生。
4 抑制方法对比分析研究采用并联RC吸收电路和串联可饱和磁芯线圈均为简单常用的方法，主要是抑制高电压和浪涌电流，起到吸收和缓冲作用，其对EMI的抑制效果相比准谐振技术与LLC串联谐振技术较差。
下面着重对准谐振技术与LLC串联谐振技术进行比较分析。
在准谐振中加入RCD缓冲电路，即由二极管，电容器和电阻组成的尖峰电压吸收电路，其主要作用是用来吸收MOSFET功率开关管在关断时产生的上升沿尖峰电压能量，减少尖峰电压幅值，防止功率开关管过电压击穿。
但是，这样将会增加损耗，而且由于缓冲电路中采用了二极管，也将增加二极管的反向恢复问题。
由上述分析可以看出，准谐振技术主要减小开关管上的开关损耗，也可以抑制开关管上的电磁干扰，但是它不能抑制二极管上的电磁干扰，而且当输入电压增大时，频率提高；当输出负载增大时，频率降低，所以它的抑制效果不是很好，一般不能达到人们所希望的结果。
所以如果想得到更好的抑制效果，必须解决二极管上的反向恢复问题，这样抑制效果才能令人们满意。
LLC串联谐振拓扑结构比准谐振抑制EMI的效果好。
其优点已在上面进行了分析。
5 结语随着开关电源技术的不断发展，其体积越来越小，功率密度越来越大，EMI问题已经成为开关电源稳定性的一个关键因素。
开关电源内部开关管及二极管是EMI主要发生源。
本文主要介绍了四种抑制开关管及二极管EMI的方法并进行了分析对比，目的是找到更为有效的抑制EMI的方法。
通过分析对比得出LLC串联谐振技术的抑制效果较好，而且其效率随电压升高而升高，其工作频率随电压变化较大，而随负载的变化较小。